作品简介

四轴飞行器是一种无人飞行器,也是一种智能机器人,“四轴”指飞行器的动力由4个旋翼式的飞行引擎提供。人们对于四轴飞行器的研究从军用到民用、商用领域都有涉及。近几十年来,随着现代控制理论与电子控制技术的发展,运用现代控制技术,使用电机代替油动力引擎进行四轴飞行器控制研究。本书利用主流控制器STM32系列微处理器平台,从设计的方案论证、器件选型、代码调试的全过程对四轴飞行器设计透彻细致地讲解,读者可以根据书中给出的电路和代码自行设计。本书可作为电子、通信及控制等相关专业的参考书,也可以作为相关技术人员的技术参考书。

冯新宇,从事嵌入式系统项目开发和相关教学工作。曾主持或参与嵌入式相关课题与项目开发20余项;近10年来一直作为指导教师参与全国电子设计大赛、飞思卡尔电子设计大赛、黑龙江省电子设计大赛等工作,所指导的学生多次获得各种赛事重大奖励。个人代表性著作有《ADS2009射频电路设计与仿真》《ARM 9嵌入式开发基础与实例进阶》与《ARM Cortex-M3体系结构与编程》)。

作品目录

  • 作者简介
  • 内容简介
  • 推荐序 FOREWORD
  • 前言 PREFACE
  • 第1章 简介
  • 1.1 四旋翼飞行器发展历史
  • 1.2 四旋翼飞行器的研究现状
  • 1.3 四旋翼飞行器的主要应用
  • 第2章 四旋翼飞行器的控制原理
  • 2.1 四旋翼飞行器的结构
  • 2.2 四旋翼飞行器的运动控制方法
  • 2.3 四旋翼飞行器各部分的工作原理
  • 2.3.1 飞行姿态与升力关系
  • 2.3.2 飞行姿态的测量
  • 2.3.3 加速度传感器工作原理及角度测量
  • 2.3.4 陀螺仪传感器工作原理及角度测量
  • 2.3.5 磁力计传感器工作原理及测量方法
  • 2.4 姿态解算方法
  • 2.4.1 互补滤波算法
  • 2.4.2 卡尔曼滤波算法
  • 2.4.3 DMP姿态数据获取
  • 2.5 PID控制算法
  • 2.5.1 PID概述
  • 2.5.2 四轴飞行器PID控制器设计
  • 第3章 硬件设计
  • 3.1 协议预备知识
  • 3.1.1 SPI总线
  • 3.1.2 I2C总线
  • 3.1.3 USART总线
  • 3.2 总体设计
  • 3.2.1 遥控器电路基本框架
  • 3.2.2 飞行器主控电路基本框架
  • 3.3 飞行器主控电路最小系统设计
  • 3.3.1 基本原理
  • 3.3.2 硬件电路设计
  • 3.4 姿态传感器模块
  • 3.4.1 基本原理
  • 3.4.2 硬件电路设计
  • 3.5 无线通信模块
  • 3.5.1 基本原理
  • 3.5.2 硬件电路设计
  • 3.6 定高模块
  • 3.6.1 超声波定高模块
  • 3.6.2 气压计定高模块
  • 3.7 电机及驱动模块
  • 3.7.1 基本原理
  • 3.7.2 硬件电路设计
  • 3.8 遥控器模块设计
  • 3.8.1 基本原理
  • 3.8.2 硬件电路设计
  • 3.9 电源模块选择
  • 3.10 四轴飞行器的组装
  • 3.10.1 电机、浆、电池、机型的相互关系
  • 3.10.2 机架的组装
  • 第4章 软件设计
  • 4.1 软件预备知识
  • 4.1.1 刚体的空间角位置描述
  • 4.1.2 用欧拉角描述定点转动刚体的角位置
  • 4.1.3 四元数
  • 4.1.4 控制与滤波算法
  • 4.2 主控程序初始化设置及说明
  • 4.2.1 SPI的I/O口初始化实现
  • 4.2.2 IIC的I/O口初始化实现
  • 4.2.3 定时器初始化实现
  • 4.2.4 电子调速器初始化实现
  • 4.3 姿态传感器软件设计
  • 4.3.1 软件设计基本思路
  • 4.3.2 DMP
  • 4.3.3 代码实现及解析
  • 4.4 气压计软件设计
  • 4.4.1 软件设计基本思路
  • 4.4.2 代码实现及解析
  • 4.4.3 自主高度控制的实现
  • 4.5 遥控器软件设计
  • 4.5.1 软件设计基本思路
  • 4.5.2 无线模块代码实现及解析
  • 4.5.3 摇杆代码实现及解析
  • 4.6 摄像头软件设计
  • 4.6.1 软件设计基本思路
  • 4.6.2 摄像头的数据读取
  • 4.6.3 摄像头的数据处理
  • 4.7 上位机设计
  • 4.7.1 帧头检测模块
  • 4.7.2 3D模型路径模块
  • 4.7.3 3D模型属性设置模块
  • 4.7.4 陀螺仪3D数据显示模块
  • 第5章 调试、问题解析及改进方向随想
  • 附录A STM32F4最小系统电路图
  • 附录B 遥控器电路
  • 附录C 飞控板连接电路
  • 参考文献
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